夏のお弁当や買い物、レジャーで活躍する保冷バッグ。
冷たいものを入れておくために使いますが、
実際には何時間くらい中の冷たさを保てるのでしょうか？
さらに、
- 保冷剤を入れた場合
- 保冷剤を入れない場合
では、どのくらい温度に差が出るのでしょうか。
今回は、同じ保冷バッグを使って中の温度を1時間ごとに測り、保冷剤の有無による違いを比べてみましょう。
温度を数字で記録して折れ線グラフにできるため、夏休みの自由研究にもまとめやすいテーマです。
- この自由研究は何日かかる？
- まず予想してみよう
- 保冷バッグは中身を冷やしているの？
- 保冷バッグの中はどうなっている？
- 自由研究｜保冷剤あり・なしを比べよう
- この自由研究で使いやすいもの
- どうやって比べる？
- 中に何を入れて温度を測る？
- スタート温度をそろえよう
- 保冷剤の量も記録しよう
- 実験方法
- 今回「変えるもの」と「そろえるもの」は？
- 1時間ごとの温度を記録しよう
- 何℃上がったかも計算しよう
- 折れ線グラフを作ろう
- 外気温も測るとさらにわかりやすい
- 保冷バッグだけでも効果があったら？
- 保冷剤ありだけ大きく低温を保ったら？
- 保冷剤が溶けたあとに温度が上がったら？
- 追加実験｜保冷剤の数を変えてみよう
- 追加実験｜保冷剤の重さで比べる
- 追加実験｜保冷剤は上？下？横？
- 冷たい空気は下へ行く？
- 追加実験｜バッグを満タンにするとどうなる？
- 追加実験｜開け閉めすると温度はどうなる？
- 追加実験｜バッグの口を少し開けたら？
- 保冷バッグの大きさでも違う？
- 保冷バッグと普通のバッグを比べる
- 保冷バッグとクーラーボックスではどちらが強い？
- 食品を使う場合は温度管理に注意
- 暑い場所で実験するときは熱中症に注意
- 何年生におすすめ？
- 自由研究のまとめ方
- 写真・温度表・グラフを印刷してまとめよう
- まとめ｜保冷バッグは「冷やす」のではなく「温まりにくくする」
- よくある質問
この自由研究は何日かかる？
- おすすめ学年：小学2～6年生
- おすすめ期間：1日
- 実験時間：4～6時間程度
- 結果が出るまで：当日
- 材料の入手しやすさ：★★★★★
- 当日完成：◎
朝や昼から始めれば、その日のうちに結果まで確認できます。
1時間ごとの温度を表にしてグラフを作れば、半日程度でもしっかりした自由研究になります。
まず予想してみよう
実験前に、保冷バッグの中の温度がどう変化すると思うか予想します。
- 保冷剤ありならほとんど温度が上がらないと思う
- 保冷剤がなくてもバッグだけで少しは冷たさを保てると思う
- 2～3時間くらいで温度が大きく上がると思う
- 外気温が高いほど早く温まると思う
さらに、
「保冷バッグだけでも冷やす力がある？」
についても予想してみましょう。
保冷バッグは中身を冷やしているの？
ここは今回の自由研究で大切なポイントです。
一般的な保冷バッグそのものが、冷蔵庫のように中身を積極的に冷やしているわけではありません。
保冷バッグは、
外から入ってくる熱をできるだけ少なくする
ことで、中に入れた冷たいものが温まりにくいようにしています。
そのため、保冷剤などの「冷たいもの」と一緒に使うことで、低い温度を長く保ちやすくなります。
保冷バッグの中はどうなっている？
保冷バッグには、商品によって違いはありますが、
- 外側の生地
- 断熱材
- アルミなどの内側素材
などが使われています。
これらによって、外の暑さが中へ伝わりにくくなるよう工夫されています。
つまり今回の実験では、
「バッグがどのくらい外からの熱を防げるか」
を温度変化から観察します。
自由研究｜保冷剤あり・なしを比べよう
用意するもの
- 保冷バッグ
- 保冷剤
- 同じ大きさのペットボトル2本など
- 同じ温度の水
- デジタルキッチン温度計
- 計量カップ
- キッチンタイマーや時計
- 記録用紙
- 筆記用具
- カメラやスマートフォン
この自由研究で使いやすいもの
保冷バッグで温度変化を比べてみよう
買い物やお弁当、レジャーなど、自由研究が終わったあとにも使える保冷バッグなら普段使いにも便利です。
保冷剤あり・なしを比べるなら
同じ保冷バッグで保冷剤の有無だけを変えると、保冷剤が温度変化へどのくらい影響するか比較できます。
中の温度を数字で測るならデジタルキッチン温度計
今回の実験では、触った感覚ではなく実際の温度を数字で記録するのがおすすめです。
どうやって比べる？
基本実験では、例えば、
| 条件 | 保冷バッグ | 保冷剤 |
|---|---|---|
| A | あり | なし |
| B | あり | あり |
の2条件を比べます。
ただし同じ保冷バッグが2つない場合は、別の日に同じバッグを使って実験する方法もあります。
その場合は、外気温などが完全には同じにならないため、その違いも考察に書きましょう。
中に何を入れて温度を測る？
保冷バッグ内の空気だけを測る方法もありますが、ふたを開けるたびに外気の影響を受けやすくなります。
そこで、同じ大きさのペットボトルなどへ同じ温度の水を入れて、
中の水温がどのくらい上がるか
を比較する方法がおすすめです。
例えば、
- 500mlペットボトル
- 水300ml
- スタート温度5℃前後
など、条件をそろえます。
スタート温度をそろえよう
Aが5℃、Bが10℃から始まってしまうと、結果を比べにくくなります。
そこで、同じ冷水を作ってから2本に分け、
できるだけ同じ温度で実験をスタート
します。
保冷剤の量も記録しよう
保冷剤ありの条件では、何個・何g使ったのかを記録します。
例えば、
| 項目 | 条件 |
|---|---|
| 保冷剤 | 2個 |
| 合計重量 | 300g |
| 冷凍庫から出した時刻 |
のようにしておくと、あとから同じ実験を再現しやすくなります。
実験方法
- 同じ温度・同じ量の水を用意します。
- 同じ大きさのペットボトルなどへ入れます。
- 開始時の水温を測ります。
- Aは保冷剤なしで保冷バッグへ入れます。
- Bは保冷剤と一緒に保冷バッグへ入れます。
- バッグの口をしっかり閉めます。
- 同じ場所へ置きます。
- 1時間ごとに水温を測ります。
- 保冷剤の状態も観察します。
- 測ったらすぐにバッグを閉じます。
- 4～6時間程度続けます。
今回「変えるもの」と「そろえるもの」は？
| 項目 | どうする？ |
|---|---|
| 保冷剤の有無 | 変える |
| 保冷バッグ | 同じものを使う |
| 水の量 | そろえる |
| 水の開始温度 | そろえる |
| ペットボトル | 同じ種類を使う |
| 置く場所 | そろえる |
| 測定時間 | そろえる |
1時間ごとの温度を記録しよう
| 時間 | 保冷剤なし | 保冷剤あり | 保冷剤の状態 |
|---|---|---|---|
| 開始時 | |||
| 1時間後 | |||
| 2時間後 | |||
| 3時間後 | |||
| 4時間後 | |||
| 5時間後 | |||
| 6時間後 |
何℃上がったかも計算しよう
例えば、
開始時5℃ → 6時間後15℃なら、
15－5＝10℃上昇
です。
| 条件 | 開始温度 | 終了温度 | 温度上昇 |
|---|---|---|---|
| 保冷剤なし | |||
| 保冷剤あり |
温度上昇が小さい方が、今回の条件では冷たさを保てていたと考えられます。
折れ線グラフを作ろう
結果は、
- 横軸：時間
- 縦軸：水温
の折れ線グラフにします。
保冷剤あり・なしの2本の線を比べると、
どの時間から差が広がったのか
がわかりやすくなります。
外気温も測るとさらにわかりやすい
可能なら実験している場所の気温も測ってみましょう。
| 時間 | 外気温 |
|---|---|
| 開始時 | |
| 1時間後 | |
| 2時間後 | |
| 3時間後 | |
| 4時間後 |
外気温が上がった時間と、バッグ内の水温が上がった時間を比べることができます。
保冷バッグだけでも効果があったら？
保冷剤なしでも、保冷バッグへ入れた水が思ったより冷たいままだった場合は、
バッグの断熱構造によって外から熱が伝わりにくかった可能性
を考えることができます。
ただし、保冷バッグは冷蔵庫のように中身を冷やし続けているわけではありません。
外から入る熱を少なくしていると考えましょう。
保冷剤ありだけ大きく低温を保ったら？
保冷剤は周囲から熱を受け取りながら温まったり溶けたりします。
そのため、中に入れた水へ伝わる熱の一部を保冷剤が受け取ることで、水温の上昇が抑えられた可能性があります。
保冷剤の状態と水温を一緒に記録しておくと考察しやすくなります。
保冷剤が溶けたあとに温度が上がったら？
例えば、
「3時間後までは保冷剤が凍っていて水温も低かったが、4時間後には柔らかくなり、水温が上がり始めた」
という結果になったとします。
その場合は、
保冷剤の状態とバッグ内の温度変化に関係がある可能性
を考察できます。
追加実験｜保冷剤の数を変えてみよう
今度は、
- 保冷剤なし
- 保冷剤1個
- 保冷剤2個
- 保冷剤3個
など、数を変えてみます。
そして、
「保冷剤を増やすほど冷たさは長く続く？」
を調べます。
追加実験｜保冷剤の重さで比べる
保冷剤の大きさが違う場合は、個数ではなく重さでそろえる方法もあります。
例えば、
- 100g
- 300g
- 500g
などです。
保冷剤の量と温度変化をグラフにすることもできます。
追加実験｜保冷剤は上？下？横？
ここからさらに面白い実験ができます。
保冷剤を、
- 食べ物の上
- 下
- 横
へ置いて、内部の温度を比較します。
「保冷剤はどこに置くと一番冷える？」
という別の自由研究になります。
このテーマは次の保冷クラスターでも詳しく調べられます。
冷たい空気は下へ行く？
温度の違いによって空気の密度が変わるため、冷たい空気は暖かい空気より下へ移動しやすい傾向があります。
そのため、保冷剤を上側へ置いたときと下側へ置いたときでは、バッグ内の温度分布に違いが出る可能性があります。
ここから対流について調べることもできます。
追加実験｜バッグを満タンにするとどうなる？
保冷バッグの中に空間が多い場合と、ペットボトルなどをたくさん入れた場合でも違いが出るでしょうか。
- バッグ内がスカスカ
- 半分くらい
- ほぼ満タン
で比較してみても面白いでしょう。
ただし、中身の量そのものが熱容量に影響するため、別の実験として行うのがおすすめです。
追加実験｜開け閉めすると温度はどうなる？
保冷バッグを何度も開けると、中の冷たい空気と外の暖かい空気が入れ替わります。
そこで、
- ほとんど開けない
- 1時間ごとに開ける
- 10分ごとに開ける
などを比べれば、
「開け閉めの回数で保冷力は変わる？」
という研究になります。
追加実験｜バッグの口を少し開けたら？
しっかり閉じた状態と、少し隙間が開いた状態を比べてみてもよいでしょう。
外の暖かい空気が入りやすくなることで、温度の上がり方に違いが出る可能性があります。
保冷バッグの大きさでも違う？
大きな保冷バッグに少量だけ入れた場合と、小さなバッグへ同じ量を入れた場合では、内部の空気量などが違います。
ここから、
「中身の量に合ったサイズの保冷バッグの方が冷たさを保ちやすい？」
という発展研究もできます。
保冷バッグと普通のバッグを比べる
さらに違いをわかりやすくしたい場合は、
- 保冷バッグ
- 普通のトートバッグなど
へ同じ温度のペットボトルを入れて比較します。
すると、
「保冷バッグを使う意味は本当にある？」
を直接調べることができます。
保冷バッグとクーラーボックスではどちらが強い？
保冷バッグの保冷力を調べたら、次に気になるのがクーラーボックスです。
保冷バッグはやわらかく軽い一方、クーラーボックスは硬く厚みのある構造のものが多くあります。
同じ量の保冷剤と同じ温度の飲み物を入れれば、
「保冷バッグとクーラーボックスではどちらが冷たさを保てる？」
という比較実験ができます。
食品を使う場合は温度管理に注意
自由研究では、水を入れたペットボトルなどを使うと安全に実験しやすくなります。
お弁当や肉、魚など傷みやすい食品を実験用に長時間置くことは避けましょう。
温度実験用の水と、実際に食べる食品は分けて考える
のがおすすめです。
暑い場所で実験するときは熱中症に注意
外気温が高い方が温度差を観察しやすい可能性はありますが、子どもが炎天下に長時間いる必要はありません。
測定するときだけ安全な場所から確認し、屋外の場合は日陰・水分補給・休憩を優先しましょう。
高温になる車内へ人が入って実験することは避けてください。
何年生におすすめ？
小学1～2年生
開始時と数時間後の温度を大人と一緒に測り、「保冷剤あり・なし、どっちが冷たかった？」を写真や絵でまとめましょう。
小学3～4年生
1時間ごとに温度を測り、折れ線グラフにするのがおすすめです。
小学5～6年生
断熱・熱伝導・対流などについて調べ、保冷剤の状態や外気温と水温を結びつけて考察すると本格的な研究になります。
自由研究のまとめ方
- 疑問：保冷バッグはどれくらい冷たさを保てる？
- 予想：保冷剤あり・なしでどう違うか考える
- 調査：保冷バッグの構造や断熱について調べる
- 実験：同じ温度・同じ量の水を用意する
- 測定：1時間ごとに水温を測る
- 観察：保冷剤の状態も記録する
- 結果：温度表にまとめる
- グラフ：時間と温度を折れ線グラフにする
- 考察：保冷バッグと保冷剤の役割を考える
- 発展：保冷剤の量・位置・バッグの開閉などを変える
写真・温度表・グラフを印刷してまとめよう
今回の自由研究では、
- 保冷バッグの写真
- 保冷剤を入れた状態
- 温度を測っているところ
- 1時間ごとの温度表
- 折れ線グラフ
- 実験終了時の保冷剤の状態
を使うと、実験の流れがわかりやすくなります。
写真や比較表、グラフを自宅で何枚も印刷すると、プリンターのインクを多く使うことがあります。
印刷枚数が増えそうなら、純正品だけでなく互換インクを比較してみるのもひとつの方法です。
▶ 自由研究の写真・温度グラフの印刷に使える互換インクをチェックしてみる
まとめ｜保冷バッグは「冷やす」のではなく「温まりにくくする」
保冷バッグは、冷蔵庫のように中身を冷やし続けるものではありません。
断熱材などによって外から中へ熱が伝わるのを抑え、冷たいものが温まりにくいようにする役割があります。
さらに保冷剤を一緒に入れることで、
中へ入ってきた熱の一部を保冷剤が受け取り、低い温度をより長く保ちやすくなります。
今回の自由研究では、
保冷剤あり・なしで1時間ごとの水温を測る
ことで、その違いを数字として比較できます。
そして次に、
「保冷バッグよりクーラーボックスの方がもっと冷たい？」
という疑問へ進めば、さらに夏らしい保冷実験へ発展できます。
よくある質問
保冷バッグだけでも冷たさは保てますか？
外から熱が伝わるのを抑える効果は期待できますが、保冷バッグそのものが積極的に冷やしているわけではありません。保冷剤などと一緒に使った場合との違いを実験で比較してみましょう。
保冷剤は何個入れればいいですか？
バッグの大きさや保冷剤のサイズによって変わります。自由研究では使用した個数や重さを記録し、1個・2個など条件を変えて比較する方法もあります。
中の空気の温度を測ってもいいですか？
できますが、バッグを開けたときに外気の影響を受けやすくなります。比較しやすくするなら、同じ温度の水を入れたペットボトルなどを入れ、その水温を測る方法がおすすめです。
普通のバッグとも比較できますか？
できます。同じ温度・同じ量の水を入れ、保冷バッグと普通のバッグへ入れて比べれば、断熱構造の有無による違いを観察できます。
1日で完成できますか？
はい。4～6時間程度の温度変化を記録すれば、その日のうちに表・グラフ・考察までまとめやすい自由研究です。
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